Per Anhalter durch die Wassersäule

Bakterien, so klein sie auch sind, bilden die Hauptlebensform biologischer Vielfalt. In Gewässern nehmen sie wichtige Funktionen ein und tragen wesentlich zum Stoffumsatz und daher zur Selbstreinigung von Seen bei. Doch wie bewegen sich die Winzlinge zwischen Wasserschichten, die für sie alleine unüberwindbar sind?

Forscher des Leibniz-Institutes für Gewässerökologie und Binnenfischerei haben in Kooperation mit Kollegen vom Virginia Institute of Marine Science eine Studie in der Ausgabe vom 29. Juni in PNAS (Vol. 107: 26: 11959–11964) veröffentlicht, in der sie ihre „Förderband-Hypothese“  belegen: Bakterien benutzen kleine Wassertiere (Zooplankton) aktiv als Transportgelegenheit, um in Wasserschichten zu gelangen, die für sie alleine unerreichbar sind.

Tiefe Seen weisen meist Zonen mit unterschiedlichen Lebensbedingungen auf. So finden sich nahe der Wasseroberfläche Bereiche mit erhöhten Konzentrationen von  Sauerstoff und organischem Material (beispielsweise von Algen), während in der Tiefe anorganische Nährstoffe in höherer Konzentration vorliegen. Die meisten größeren Lebewesen im Gewässer können sich je nach ihren Bedürfnissen in der Wassersäule bewegen, nicht so Kleinlebewesen, z.B. Bakterien. Für Mikroorganismen sind viele Grenzschichten im Gewässer, die sich beispielsweise entlang von Temperatur- oder Salzgradienten bzw. von chemischen Gradienten ausbilden, ohne fremde Hilfe unüberwindbar.

Forscher der Arbeitsgruppe von Hans-Peter Grossart vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei haben in so genannten Migrationssäulen (Abb.1) untersucht, wie Gewässerbakterien durch -für sie alleine unüberwindbare Grenzschichten- gelangen können, indem sie Wasserflohkrebse (Daphnia magna) aktiv als Transportmittel nutzen.

Die Forscher isolierten drei unterschiedliche Bakterienarten aus dem Stechlinsee, markierten sie mittels grün fluoreszierendem Protein (GFP) und gaben sie entweder in die obere oder in die untere Wasserschicht. Die Wasserflöhe fungierten als effektives Transportmittel. Die Ergebnisse zeigen, dass Bakterien sich aktiv durch das Aufspringen auf Wasserflöhe transportieren lassen. Dabei wechseln täglich bis zu einem Prozent der Bakterien die Wasserschicht.

 Die Wissenschaftler konnten zudem zeigen, dass sich die Zusammensetzung der auf Wasserflöhen angehefteten Bakteriengemeinschaften entsprechend ihrer Tag- und Nachtwanderung deutlich voneinander unterscheidet. Im Nehmitzsee in Brandenburg konnte die „Förderband-Hypothese“ auch im Freiland belegt werden. Der erhöhte Austausch von Bakterien auf lange Distanz durch ihr aktives Anheften an verschiedene größere und wandernde Wasserorganismen hat weitreichende ökologische wie evolutionäre Konsequenzen (Abb.2).

Abbildung 1

Schematische Darstellung des Versuchsansatzes: Migrationssäulen mit einem oberen (salzfreien) Wasserkörper und einem unteren (salzhaltigen, dichteren) Wasserkörper. Die Bewegung der Wasserflohkrebse wurde durch Licht induziert.

Abbildung 2

Konzeptionelle Darstellung der „Förderband-Hypothese“: Anheften und Wandern von Bakterien mittels durch getrennte Wasserkörper mittels größerer Wasserorganismen.

1) Freilebende Bakterien, 2) Partikel, 3) Algen, 4) Aggregate, 5) Faeces, 6) lebende Tiere.

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